一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置及测量方法。

背景技术：

隧道工程建设中，尤其是在岩溶裂隙水发育的地区，水文地质条件复杂，长期以来，因地下水未勘察清楚，导致隧道工程事故的例子比比皆是。要想对隧道隧址区地下水有一个清楚的了解，隧道围岩内部地下水渗透压力测量工作是必不可少的，且必须及时准确。

现有的隧道施工现场常用的地下水渗透压力测量方法主要是将渗压计埋入围岩内部后通过读数仪进行测量，渗压计埋设需要进行砂石及注浆回填，操作复杂且影响施工，并且如果是短时间测量会造成大量监测元件的浪费，耗时耗力，适用性低。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置及测量方法，本发明摒弃了传统渗压监测元件的埋设工作，降低了操作的复杂性，避免了大量监测元件的浪费，有效提高隧道施工现场围岩内部渗透压力测量工作的效率，保证数据的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置，包括主体框架、钻孔封闭机构、渗透压力测量机构和数据处理器，所述钻孔封闭机构、渗透压力测量机构和数据处理器设置于主体框架上，主体框架提供承载力，保证其稳定安装于钻孔内；

所述钻孔封闭机构设置于主体框架上，切断钻孔与外部空间的水力联系，同时向钻孔内进行单向的气压加载，所述渗透压力测量机构检测实时渗透压力，所述数据处理器控制加载气压和采集并采集渗透压力数据。

所述主体框架具体包括刚性套管、环形支撑、仪表安放端头和透水过滤端头，所述环形支撑套装于刚性套管外侧，以提供支撑力，所述透水过滤端头设置于刚性套管的一端，仪表安放端头设置于刚性套管的另一端。

所述透水过滤端头与刚性套管连接，其上设置透水孔和滤网，防止岩屑和淤泥进入刚性套管内。

所述仪表安放端头内设置电动气压加载器和数据处理器。

所述钻孔封闭机构，包括弹性气囊、进气管、单向止气阀、泄气阀和电动气压加载器，所述弹性气囊套设在刚性套管外沿，进气管一端穿过刚性套管上的预留孔与弹性气囊连通，另一端与电动气压加载器连接，电动气压加载器向弹性气囊中压入气体，该连接处设置单向止气阀，单向止气阀在气压加载时，限制气体只进入弹性气囊。

所述进气管上设置有泄气阀，以释放弹性气囊中的气体。

所述渗透压力测量机构套装于刚性套管内。

所述渗透压力测量机构包括渗压计和电导线，渗压计安装在前述透水过滤端头处，进行渗压采集，通过电导线与数据处理器连接进行数据传输。

所述弹性气囊具有伸缩性和膨胀性，采用弹性材质，如橡胶等。

基于上述测量装置的工作方法，包括：

1)将渗透压力测量装置插入待测隧道围岩内部钻孔中；

2)测量装置安放好后，关闭泄气阀并打开电动气压加载器向弹性气囊中充气，在单向止气阀的控制作用下，弹性气囊膨胀并逐渐与钻孔壁紧密贴合，起到隔水的作用；

3)待地下水慢慢充入钻孔前端封闭空间后，渗透压力测量机构逐渐监测到渗透压力并将数据传输到数据处理器，待渗透压力趋于稳定状态时，此时测得的渗透压力即为围岩内部渗透压力；

4)测量完成后，打开泄气阀，弹性气囊中气体释放后缩回原来大小，将渗透压力测量装置从钻孔中收回，完成操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过设计的钻孔封闭装置，巧妙的将钻孔与外部空间的水利联系切断，保证了渗透水压力测量的准确性，并通过释放弹性气囊气体，实现了测量装置的可重复使用，避免了大量监测元件的浪费，有效提高隧道施工现场围岩内部渗透压力测量工作的效率，保证数据的准确性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明测量装置插入钻孔示意图；

图2是本发明的装置分解示意图；

图3是本发明的装置细部示意图；

图4是本发明的单向止气阀示意图；

图5是本发明的弹性气囊剖切示意图；

图6是本发明的弹性气囊充气前后示意图。

其中：1-主体框架；2-钻孔封闭装置；3-渗透压力测量装置；4-数据处理装置；5-刚性套管；6-环形支撑；7-透水过滤端头；8-仪表安放端头；9-弹性气囊；10-进气管；11-单向止气阀；12-泄气阀；13-电动气压加载器；14-渗压计；15-电导线。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的技术中存在隧道施工现场常用的地下水渗透压力测量方法主要是将渗压计埋入围岩内部后通过读数仪进行测量，渗压计埋设需要进行砂石及注浆回填，操作复杂且影响施工，并且如果是短时间测量会造成大量监测元件的浪费，耗时耗力，适用性低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置，包括主体框架1、钻孔封闭装置2、渗透压力测量装置3和数据处理装置4。

主体框架1，为整个装置的承载体，由刚性套管5、环形支撑6、透水过滤端头7和仪表安放端头8组成。刚性套管5上设置预留孔；环形支撑6套在刚性套管5周身，起到支撑作用；透水过滤端头7与刚性套管5连接，其上设置透水孔和滤网，防止岩屑和淤泥进入刚性套管5内，起到保护作用；仪表安放端头8与刚性套管5连接，用于放置下述的电动气压加载器13和数据处理装置4。

钻孔封闭装置2，用于切断钻孔与外部空间的水力联系，由弹性气囊9、进气管10、单向止气阀11、泄气阀12和电动气压加载器13。弹性气囊9具有耐磨和加气膨胀的特性，套在上述刚性套管5周身，与进气管10相连；进气管10一端穿过刚性套管5上的预留孔与弹性气囊9连接，另一端与电动气压加载器13连接，连接处设置单向止气阀11和泄气阀12；单向止气阀11用于在气压加载时，限制气体只进入弹性气囊9而不会从气囊中出来；泄气阀12用于测量完成后释放弹性气囊9中的气体；电动气压加载器13用于向弹性气囊9中压入气体，安放在前述仪表安放端头8处，现有种类较多，此处不再赘述。

渗透压力测量装置3，用于渗透压力实时监测，由渗压计14和电导线15组成。渗压计14安装在前述透水过滤端头7处，进行渗压采集，通过电导线15与数据处理装置4连接进行数据传输，现有种类较多，此处不再赘述。

数据处理装置4，用于控制加载气压和采集、处理渗透压力数据，安放在前述仪表安放端头8处。

一种用于隧道围岩内部渗透压力测量装置，其特征在于，测量方法包括以下几步：

1)将该渗透压力测量装置插入待测隧道围岩内部钻孔中，此时弹性气囊9没有充气膨胀。

2)测量装置安放好后，关闭泄气阀12并打开电动气压加载器13向弹性气囊9中充气，在单向止气阀11的控制作用下，弹性气囊9膨胀并逐渐与钻孔壁紧密贴合，起到隔水的作用。

3)待地下水慢慢充入钻孔前端封闭空间后，渗透压力测量装置3逐渐监测到渗透压力并将数据传输到数据处理装置4，待渗透压力趋于稳定状态时，此时测得的渗透压力即为围岩内部渗透压力。

4)测量完成后，打开泄气阀12，弹性气囊9中气体释放后缩回原来大小，将渗透压力测量装置从钻孔中收回，完成操作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。